机械设计中轴的强度设计与校核

机械设计中轴的强度设计与校核
轴是在机械设施中的主要构成零件之一。

全部在机械设施上，
用于作展转运动的传动零件，都要先把其装入于轴上才能够把运动和动力传达出去，与此同时，还要经过轴承和机架联接，因此
就构成了一个以轴为基准的组合体—轴系零件。

因为在不一样的
机器里，轴发挥的作用常常不一样。

而轴的构造主假如由以下的要
素决定的：轴在整个设施中的安装地点和发挥的作用，轴上安装的
全部零件的种类和大小，载荷的性质、大小、方向和详细散布状况，以及轴的加工流程等。

进行合理的轴的构造设计就要保证：
轴上全部零件能够合理地部署，在合理的受力的状况下，轴能够进一步提升强度和刚度；轴和轴上零件要有比较固定的工作地点；轴上零件能够方便地进行装拆调整。

一般来说，在设计时，我们首当其冲的就是考虑轴的作用。

依
据作用，为轴选择相应的资料，一般轴的毛坯主假如由圆钢、锻造或焊接获取，因为锻造质量难以保证轴有足够的强度和刚度，因此轴
极少会采纳铸件作毛坯。

轴的构成部分有三大块。

轴上被支承，安装轴承的部分叫轴颈；支承轴上零件，安装轮毂的部分
称为轴头；联络轴头和轴颈的部分称为轴身。

轴颈上安装转动轴
承时，直径尺寸必定要依据转动轴承的国标尺寸来选择，尺寸公差
和表面粗拙度必定要依据国家规定的标准来选用；轴头的尺寸
必定要联合轮毂的尺寸来做出选择，轴身尺寸确准时要尽可能地
保证轴颈与轴头的过渡合理，特别是要根绝截面尺寸变化过大，与
此同时，还要有较好的工艺性。

假如在设计时，我们从装置能否简单这一角度来考虑：则合理的设计非定位轴肩，使轴上不一样零件在安装时尽可能减少不用
要的配合面；为了保证简单装置，轴端要设计成45°的倒角；在装键的轴段，要保证键槽凑近轴与轮毂先接触的直径变化处，以保证在安装时，零件上的键槽与轴上的键简单瞄准；采纳过盈配合时，考虑到装置的方便性，直径变化能够用于锥面过渡等。

2.轴的强度校核方法
2.1 强度校核的定义：
强度校核实质上就是对轴的资料或设施的力学性能做好检
测工作，并改良轴的设计的一种方式，而且这类方式是不会损坏
资料和设计性能的。

2.2 轴的强度校核计算：
在进行轴的强度校核计算时，一定要依据轴的详细受载及应
力状况，采纳相应的方法，并适合地对许用应力做出选择。

关于传动轴应按扭转强度条件计算。

关于心轴应按曲折强度条件计算。

关于转轴应按弯扭合成强度条件计算。

2.3 几种常用的计算方法：
2.3.1 按扭转强度条件计算：
这是一种依据轴所受的扭矩来计算轴的强度的方法，假如在轴上还作用较小的弯矩时，我们常常会利用减少扭转切应力的途
径来达到这一目的。

一般而言，在设计轴的构造时，我们常这样
来估量轴径。

实心轴的扭转强度条件为：
依据上式，我们能够获取轴的直径：
为扭转切应力， MPa
在上式中，各物理量的含义以下：
T 为轴多受的扭矩，N·mm
为轴的抗扭截面系数，
n 为轴的转速， r/min
P 为轴传达的功率，KW
d 为计算截面处轴的直径，mm
为许用扭转切应力，MPa，
轴的资料 Q235
***-*****Cr18Ni9Ti40Cr，35SiMn，2Cr13，42SiMn
空心轴扭转强度条件为：
此中，即空心轴的内径与外径d之比，我们常常取=0.5-0.6
而依据这样的方法，求出来的直径只好作为蒙受扭矩作用的
轴段的最小直径。

2.3.2 按曲折强度条件计算：
考虑到启动、泊车等诸多要素的影响，弯矩在轴截面上锁引起的应力可视为脉动循环变应力。

则
此中：
M- 轴所受的弯矩， N·mm
W- 危险截面抗扭截面系数（）
-脉动循环应力时许用曲折应力（ MPa）
2.3.3 按弯扭合成强度条件计算
考虑到轴的设计的先期阶段，轴的主要构造尺寸轴上零件位
置及外载荷和支反力的作用地点都基本上已经确立了，则轴上载荷完整能够经过我们计算得出，因此，我们能够依据弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。

2.4 提升轴的疲惫强度和刚度的举措
在设计时，除合理选材之外，我们还能够经过构造和工艺
二方面的举措来提升轴的承载能力。

（1）对轴上零件特色进行剖析，减小轴受载荷
依据轴上安装的零件的详细状况，合理部署和合理设计，进而减少轴所受的载荷。

而关于受弯矩和转矩联合作用的转轴，我们能够采纳调整轴和轴上零件构造，进而减少轴的承载。

（2）调整轴的构造，防止出现应力集中
防止轴的剖面尺寸会有大批的变化，我们能够使用大一些的过渡圆角半径，当装置零件的倒角不是很大时，能够利用内凹圆
角或加装隔绝环；尽少地在轴的受载区段切制螺纹；同时考虑在
同意的状况下，合理放松零件与轴的配合。

（3）提升轴的表面质量和疲惫强度
减小表面及圆角处的表面粗拙度；对轴进行表面淬火、渗氮、渗碳、碳氮共渗等办理，都能够增添轴的承载力和提升轴的使用
寿命。

3.结束语
综上所述，本文依据轴的受载及应力状况，论述了相应的计算方法，关于轴的三种受载状况的轴的强度校核都做了简单的描
述和剖析，并就怎样使用这些方法做了初步的介绍。

在详细的设计时，我们不只是能够考虑怎样经过选材来达到这一结果，同时还能够经过从构造安排和工艺等方面来采纳必需的举措，进而提升轴的承载能力，为此在本文中，笔者甚至还就怎样加强轴的疲惫强度和刚度的举措也做了少许的论述。